彩灯控制系统 数字电子技术基础课程设计

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1、长春工业大学电气与电子工程学院数字电子技术基础课程设计课程：数字电子技术基础题目：彩灯控制系统专业：自动化班级：080303姓名：刘英策、高文仲袁业兴、王梁指导教师：李岩日期：2010年7月9日彩灯控制系统一、设计目的1、学会将一个实际情况抽象为逻辑电路的逻辑状况的方法2、掌握计数、译码、显示综合电路的设计与调试方法。3、掌握实际输出电路不同要求的实现方法。二、设计任务八路彩灯显示系统，该系统实现以下功能：1.八路彩灯从左向右依次渐亮，间隔为1S.2.八路彩灯从右向左依次渐灭，间隔为1S。3.八路彩灯同

2、时点亮，时间为0.5S，然后同时变暗，时间为5S，反复4次。三、结构框图显示电路节拍程序执行器启动脉冲源分频器节拍控制器四、设计原理该控制系统结构框图如上图所示。其中脉冲源采用秒脉冲发生器，用以提供频率为１Hz的时钟信号，也可由555振荡电路提供，改变555的振荡频率，即可改变计数器的计数快慢；分频器将1Hz的时钟信号四分频，用以产生0.15Hz(即4s)的时钟信号；节拍控制器产生三个节拍循环的控制信号，可由计数器来完成：节拍程序执行器完成在每个节拍下的系统动作，即数据的左移、右移和送数功能，可以使用双

3、向移位寄存器74LSl94完成，也可用计数器控制译码器译码得到不同的输出信号，决定控制彩灯的循环变化；显示电路完成系统循环演示的指示，可以用发光二极管模拟。五、设计方案1、总体电路的设计方案：上面提出了两种不同的设计方案，下图是采用其中一个设计方案设计的一个8路彩灯循环显示的控制电路，彩灯由发光二极管模拟替代，该电路由555定时器、74LS163计数器和74LS194四位双向移位寄存器以及其他门电路组成。计数器的时钟信号由555振荡电路提供，振荡频率的改变可控制彩灯闪烁的快慢。控制彩灯的三个节拍的节拍控

4、制器可以用移位寄存器74LS194实现，通过控制S0和S1实现右移、左移和送数，通过控制CLR＇实现清零。第一节拍为1右移，第二节拍为0左移，第三节拍全亮为置数1，全灭为清零。且第三节拍时要求1秒内全灭全亮各一次，故脉冲信号频率比先前两节拍时脉冲频率要快一倍。由于程序循环一次要20秒，故需要一个20进制的计数器控制循环。所以可以用一个16进制计数器（分频器）产生不同频率的脉冲信号，一路送到控制20进制的计数器，一路经逻辑电路送到移位寄存器。2、单元电路的设计：（1）时钟脉冲产生电路：a.用555定时器构

5、成多谐振荡器,电路输出便得到一个周期性的矩形脉冲,其周期为:T=0.7(R1+2R2)C………………………(1)电路图：b.16进制计数分频器：多谐振荡器产生的脉冲信号提供给74LS163十六进制计数器，74LS161QA输出2倍T的脉冲信号,大约为0.5秒；QB输出4倍T的脉冲信号，大约为1秒。电路图（2）20进制循环控制电路由于没有现成的二十进制计数器，所以考虑用两个74LS163以整体置零的方式搭接。首先将N进制计数器接成N*N进制，此时以低位片的进位输出信号作为高位片的计数使能信号，两片的CLK

6、同时接计数输入信号。然后在计数器计为20状态时一处异步置零信号，将两片计数器同时置零。因为N进制计数器的计数序列从最小0到最大数N-1，即N是多余的，可用与非门检测N,当N出现时，与非门输出为低，用它控制清零端CR’，将计数器清零。此处工作状态从00000~10011，检测到10100时清零。电路图（3）彩灯输出控制电路a.8位双向移位寄存器因为要控制8路彩灯，所以考虑用两片74LS194接成8位双向移位寄存器。这时只需要将其中低位片的Q3接至高位片的DIR端，而将高位片的Q0接至低位片的DIL，同时把

7、两片的S1、S0、CLK、CLR分别并联就行了。电路图b.8位双向移位寄存器的信号输入控制74LS194功能表输入输出功能CLRS1S0CPSLSRD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30×××××××××0000清零111↑××d0d1d2d3d0d1d2d3送数101↑×1××××1Q0nQ1nQ2n右移110↑0×××××Q1nQ2nQ3n0左移通过20进制计数器的输出端的E、D信号控制移位寄存器的S0和S1及其ＣＬＲ＇端真值表CLK时间／Ｓ节拍QEQDS0S1SRSL74LS194动作0１Ｈｚ脉冲B1

8、第一节拍00101*右移112001023001034001045001056001067001078001081HZ脉冲B9第二节拍0101*0左移0910010110110101111201011213010113140101141501011516010116２Ｈｚ　脉冲A17第三节拍1011**送１清零171011181810111910112019１０１１21１０１１2220１０１１23１０１１由上表得：Ｓ０＝ＱD＇Ｓ１＝ＱE＋Ｑ